[发明专利]一种基于3D打印技术的踝足矫形器的制作方法

说明书

基于3D打印技术的踝足矫形器的制作方法，涉及康复医疗领域。本改进的踝足矫形器的制作方法,主要包括以下步骤：(1)踝关节行走步态研究。(2)基于所述对踝关节行走步态的分析研究，建立踝足矫形器的初始三维模型。(3)对所述踝足矫形器的初始三维模型进行动力学分析。(4)对踝足矫形器的支柱部分进行拓扑优化。(5)对优化后的踝足矫形器进行几何重构。(6)对重构后的踝足矫形器模型进行瞬态动力学分析。(7)使用3D打印机对最终模型进行3D打印。该3D打印踝足矫形器质量轻便、透气性好，并且能起到助力的作用，具有良好的康复医疗作用。

技术领域

本发明属于康复医疗领域，涉及一种基于一种基于3D打印技术的踝足矫形器的制作方法。

背景技术

我国总人口基数大、社会老龄化进程加剧，每年新增脑卒中患者超过200万人。脑卒中愈后差，高比例患者存在因足下垂导致的下肢运动功能障碍。另外，马蹄足内、外翻亦属于我国少年儿童的骨科多发病，需要进行踝关节松解、矫形手术治疗。踝关节作为人体的运动关节，也是距离地面最近、负重最多的关节，特别是在进行奔跑和跳跃等运动时，踝关节承受了巨大的载荷和冲击，因此，踝关节扭伤在日常生活中也较为常见。踝关节损伤后，如果未能进行及时正确的治疗，就会出现踝关节外侧支撑强度下降、关节本体感觉减退和韧带过度松弛等症状，容易引起踝关节反复扭伤，造成踝关节功能障碍等后遗症。

为治疗踝关节损伤、改善踝运动功能和步态重建，伤患者需要进行大量的、重复性的康复医疗工作。传统方法制作的踝足矫形器存在许多不足，比如制作流程复杂、制作时间长和某些矫形器不能完全适合患者等。创新型踝足矫形器辅助医疗，具有工作效率高、个性化定制等特点，非常适合用于康复治疗。国际康复医疗界认为，创新型踝足矫形器辅助康复医疗具有良好的应用前景，是缓解医患供需矛盾和解决医疗资源短缺的有效技术途径。

拓扑优化的概念最早由Miche在析架理论中提出，他在1984年首次进行了应力约束下最小重量析架的基本拓扑分析，而这种方法后来也成为验证其他优化方法的可靠标准之一。拓扑优化方法会在满足结构刚度的前提下，在结构不受力和受力较小的地方减少材料，达到优化结构的目的。目前，拓扑优化方法已经广泛应用于各个领域，比如飞机的机构设计、桥梁的结构设计。近年来，拓扑优化已经逐步运用于康复医疗领域，例如将拓扑优化方法运用到植入体的设计，使其到达一定强度的同时体积最小，减少了对患者的伤害，增加了手术成功率。

如果能够以患者自身数据为基础构建矫形器模型，利用拓扑优化方法设计满足刚度要求而且体积最小的被动助力踝足矫形器，并充分利用惠普立体打印的高效率，将可以为下踝关节的康复提供更稳定的愈合环境和更有效的治疗方案。

发明内容

近年来，国内外研究者对踝足矫形器的研究越来越多，在踝关节康复机构的研究方面已取得较好的成果，但也存在不同程度的缺陷和不足。因此，研制一个能够弥补存在的缺陷和不足，并且能够很好地完成踝康复医疗工作的踝足矫形器，具有重大的现实意义。本发明提出一种能够满足刚度要求并且结构简单、质量轻便的踝足矫形器的制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于3D打印技术的踝足矫形器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.一种基于3D打印技术的踝足矫形器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、踝关节行走步态研究

1.1)分析踝关节生理结构，建立踝关节简化模型，将人体的足部分为三个主要部分，分别为胫骨、踝关节和足弓。

1.2)了解踝关节行走步态周期特点，绘制出健康人体在自然条件下行走的踝关节力矩-角度曲线。

步骤2、基于所述对踝关节生理结构的分析，建立踝足矫形器的初始三维模型。初始三维模型的数据均来源于患者自身数据。